VITREE

Domaine technique

La présente invention relève du domaine de la robotique, et concerne plus particulièrement un robot autonome, notamment destiné à nettoyer une surface vitrée.

L'invention vise à proposer en premier lieu un robot autonome qui puisse être utilisé pour le nettoyage de grandes surfaces vitrées, comme par exemple sur des bâtiments de grande hauteur, ou le nettoyage de surfaces vitrées difficilement accessibles ou présentant des contraintes de sécurité particulières.

Un robot autonome tel que visé par l'invention peut cependant être utilisé dans un cadre plus large, l'appareil mobile pouvant être équipé de moyens spécifiques de déplacement lui permettant de se déplacer sur d'autres types de surfaces et pouvant porter d'autres outils que des outils de nettoyage, tels que des moyens d'inspection ou de dépôt de matière.

Par « robot autonome », on entend ici le sens usuel de la technologie, à savoir un équipement dont l'appareil mobile est robotisé, c'est-à-dire constitue un dispositif mécatronique, pour lui permettre de se déplacer de manière autonome et de nettoyer une surface ou effectuer une opération de travail sur une surface automatiquement, i.e. sans intervention humaine.

Bien que décrite en référence à l'application principale visée, à savoir le nettoyage de surfaces vitrées, l'invention peut s'appliquer à tout type de robot autonome capable de se déplacer sur une surface afin d'effectuer des actions de nettoyage, de réparation, d'inspection, ...

État de la technique

La popularité des bâtiments comportant de larges surfaces vitrées entraîne un besoin important en termes de nettoyage de ces surfaces. Toutefois, le nettoyage par une main-d'œuvre humaine est coûteux, contraignant en termes de sécurité des personnes et des biens dans l'environnement des zones à nettoyer, voire impossible dans certains cas.

Ainsi, il peut être intéressant et parfois indispensable de disposer d'une solution automatisée pour le nettoyage de telles surfaces. Des solutions de nettoyage semi-automatisé ou automatisé sont connues. Parmi ces solutions, on peut distinguer deux grandes catégories : les solutions adaptées à un contexte domestique, où les surfaces à nettoyer sont limitées et les contraintes de sécurité relativement faibles, et les solutions adaptées à un nettoyage de surfaces étendues où les contraintes de sécurité peuvent être prépondérantes, comme dans le cas de vitrages extérieurs de bâtiments donnant sur la voie publique ou sur des équipements sensibles.

Les solutions de la première catégorie consistent essentiellement en des robots de petite taille embarquant directement les réserves nécessaires de fluides et d'énergie et se maintenant sur la surface vitrée à l'aide de ventouses ou de systèmes magnétiques.

Compte tenu des quantités de fluides nécessaires au nettoyage d'une grande surface vitrée, ce type de solution n'est pas adapté à un contexte autre que celui domestique.

Plusieurs solutions de la seconde catégorie ont fait l'objet de protection par brevet.

La demande de brevet CN 105534392A divulgue un robot autonome capable de se maintenir sur des surfaces vitrées grâce à des ventouses portées par des bras robotisés. La solution de nettoyage adoptée consiste en un chiffon pouvant être mis en rotation. Un tel moyen de nettoyage ne permet cependant pas d'effectuer un nettoyage efficace et rapide.

La demande de brevet WO 9324044 Al divulgue un appareil de nettoyage de fenêtres comprenant une raclette dont le mouvement reproduit celui qu'effectuerait un nettoyeur professionnel de vitres. Cet appareil nécessite notamment l'installation de rails et requiert donc un processus de mise en place particulièrement lourd, ce qui implique un temps et donc un coût de nettoyage élevés.

II existe donc un besoin d'améliorer les solutions de nettoyage automatisé de surfaces vitrées, notamment afin de permettre un lavage complet, efficace, rapide et facile à mettre en œuvre tout en respectant les normes de sécurité.

Plus généralement, il existe un besoin de proposer un robot autonome qui puisse être capable d'effectuer une opération de travail de manière complète, efficace, rapide et facile à mettre en œuvre tout en respectant les normes de sécurité dans des environnements contraignants, notamment très difficiles d'accès pour un être humain. Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce(s) besoin(s).

Exposé de l'invention

Pour ce faire, l'invention a pour objet un robot autonome comprenant :

- un appareil mobile comportant :

• un bâti,

• une pluralité de moyens de déplacement motorisés, fixés au bâti,

• des moyens d'accrochage à une surface, chaque moyen d'accrochage étant fixé à l'extrémité libre d'un des moyens de déplacement,

• un bras de travail articulé, fixé sur le bâti du côté des moyens d'accrochage,

• un porte-outil monté mobile sur l'extrémité libre du bras de travail entre au moins deux positions définies, dites positions de travail,

• au moins deux outils de travail supportés par le porte-outil, chacun des deux outils pouvant prendre l'une des positions de travail, l'agencement du bras de travail articulé étant adapté pour mettre en pression chaque outil de travail dans sa position de travail et à le déplacer selon un mouvement prédéterminé, notamment selon un mouvement continu permettant de couvrir l'intégralité d'une zone de travail de la surface contenue dans la zone délimitée par les moyens d'accrochage ;

- une base-support, logeant les moyens délivrant l'énergie nécessaire aux moyens de déplacement motorisés et à l'unité de contrôle-commande de l'appareil mobile, et le cas échéant un ou des fluides de travail destinés à alimenter les outils de travail ; et

- au moins un moyen de liaison pour amener l'énergie et le cas échéant le(s) fluide(s) de travail de l'appareil mobile depuis la base-support.

Ainsi l'invention consiste essentiellement en un robot autonome dont la base- support est découplée de la partie mobile capable de se maintenir et de se déplacer sur une surface de travail pouvant être verticale et dont l'agencement du bras de travail permet un travail optimisé en temps et en efficacité.

L'appareil mobile emporte l'équipement strictement nécessaire pour remplir ses tâches, qui peuvent inclure le nettoyage d'une surface, son inspection, le dépôt de matière... De cette façon, la masse de l'appareil mobile est minimisée. Ceci permet notamment d'optimiser la vitesse de déplacement et l'énergie requise pour le maintien et le déplacement de l'appareil mobile. L'unité de contrôle-commande de l'appareil mobile est cependant embarquée sur ce dernier ; ceci permet d'éviter tout risque d'intrusion informatique à partir de la base-support.

La base-support peut se situer au-dessus de l'appareil mobile, par exemple sur une nacelle ou le long d'une ligne de vie. Elle peut également se situer en-dessous de ce dernier, par exemple au pied de la zone à nettoyer ou sur une plate-forme. Ainsi, l'installation de la base-support peut mettre à profit les équipements existants du bâtiment, réduisant la complexité et le coût de la mise en place du robot.

La base-support emporte l'énergie nécessaire aux déplacements de l'appareil mobile ainsi que les fluides de travail le cas échéant. Les fluides de travail peuvent être de l'eau, un liquide de nettoyage, de l'air comprimé...

La base-support présente un nombre limité de fonctions : le dépôt de l'appareil mobile sur la surface de travail et son ramassage, le déploiement du moyen de liaison. La simplicité de ces commandes permet l'utilisation d'un automate en lieu et place d'un système informatique, évitant ainsi tout risque d'intrusion informatique.

Un moyen de liaison reliant la base-support à l'appareil mobile permet de transmettre l'énergie, d'éventuels signaux d'information tels qu'une indication de charge de batterie ou de niveau de fluide, et/ou les fluides de travail.

L'appareil mobile comprend des moyens de déplacement actionnés par une pluralité de moteurs et de valves tous commandés par un programme de pilotage. Ce programme permet à l'appareil mobile de se positionner dans son environnement notamment à l'aide de capteurs, qui sont par exemple des télémètres ou des caméras, de s'adapter à la configuration de son environnement, par exemple en évitant un obstacle présent sur la surface de travail, et de déterminer les déplacements nécessaires pour atteindre un lieu d'intervention ou la base-support. Le programme de pilotage peut également inclure un mode télécommande, dans lequel un opérateur prend le contrôle à distance de l'appareil mobile.

De préférence, les moyens de déplacement motorisés sont des bras articulés formant des pattes. Les pattes peuvent comporter deux segments de bras articulés dont l'un supporte un moyen d'accrochage.

L'un des segments de bras, ou les deux, peuvent alors être articulés de façon à bénéficier de plusieurs degrés de liberté. Ceci peut être utile afin de permettre à l'appareil mobile de se déplacer sur des surfaces non planes, en particulier sur des surfaces avec une géométrie de type dièdre.

Selon un mode de réalisation particulier, le moyen d'accrochage est une ventouse pouvant adhérer à la surface de travail par dépression d'air, ce qui est adapté notamment au déplacement et au maintien sur une surface vitrée. Le moyen d'accrochage peut également être un électro-aimant, ce qui est particulièrement adapté à une surface métallique par exemple en fer, ou une pince, qui permet à l'appareil mobile de saisir des accroches.

Lorsque le moyen d'accrochage est une ventouse, la séquence d'accroché d'une ventouse sur une surface de travail comporte de préférence les étapes consistant à : positionner la ventouse au contact de la surface, souffler de l'air comprimé via la ventouse afin d'évacuer les éventuelles impuretés présentes sur la surface, dépressuriser la ventouse afin d'obtenir son accrochage sur la surface. Le contrôle de la pression dans la ventouse permet de s'assurer que cette dernière est bien accrochée sur la surface.

La structure des pattes permet notamment de soulever le moyen d'accrochage, ce qui donne à l'appareil mobile la faculté de passer outre des obstacles de taille modeste tels que des parcloses des structures vitrées.

L'appareil mobile comporte également un bras de travail fixé sur le bâti du côté des moyens d'accrochage. La fixation du bras de travail sur ce côté du bâti évite d'induire des efforts trop importants sur les moyens d'accrochage lorsque le bras de travail se met en pression contre la surface de travail. Ainsi, une fixation sur le bâti du côté opposé aux moyens d'accrochage introduirait le risque de faire se décrocher l'un ou plusieurs des moyens d'accrochage. En outre, l'agencement du bras de travail du côté des moyens d'accrochage permet de déterminer une zone optimale à nettoyer, délimitée par les moyens d'accrochage.

Selon un mode de réalisation particulier, les outils de travail portés par le bras de travail comportent une éponge et une raclette, en particulier pour le nettoyage d'une surface vitrée. L'éponge, éventuellement aspergée au préalable d'un liquide de nettoyage, peut être entraînée par le bras de travail selon un mouvement de type cycloïde le long d'un trajet recouvrant la zone à nettoyer délimitée par les moyens d'accrochage. Ce type de mouvement permet d'imprégner efficacement la zone à nettoyer de liquide de nettoyage et d'effectuer un premier nettoyage superficiel. La raclette peut être entraînée par le bras de travail à la suite du passage de l'éponge selon un mouvement continu reproduisant le mouvement d'un laveur de vitre professionnel et permettant à la raclette de couvrir l'intégralité de la zone à nettoyer délimitée par les moyens d'accrochage.

De préférence, les outils de travail comportent également un outil d'aspiration de fluides. Cet outil peut aspirer les liquides résiduels restant après le passage de la raclette.

Selon un autre mode de réalisation, les outils de travail comportent une caméra d'inspection et/ou un outil de dépôt de matière telle qu'une résine ou un gel.

Avantageusement, le bâti comporte un élément rétractable motorisé, fixé du côté des moyens d'accrochage, adapté pour modifier l'outil en position de travail en agissant sur le porte-outil. L'avantage de ce mécanisme est de permettre le changement d'outil sans qu'il soit nécessaire d'embarquer un moteur sur le bras de travail. En effet, ce dernier doit rester aussi léger que possible afin de pouvoir faire évoluer le bras de travail à une vitesse satisfaisante et de ne pas utiliser une puissance trop importante.

De préférence, le moyen de liaison est un cordon ombilical. Si la base-support se trouve au-dessus de l'appareil mobile, le cordon ombilical peut en outre servir de cordon de sécurité dans le cas où l'appareil mobile perdrait contact avec la surface sur laquelle il se déplace. La base-support est capable de détecter le décrochage de l'appareil mobile en surveillant la variation de l'effort appliqué au cordon ombilical, et peut récupérer le mobile même si ce dernier est inerte.

Avantageusement, si l'appareil mobile se trouve en-dessous de la base- support, cette dernière ajuste la longueur libre du cordon de liaison en fonction de la distance entre la base-support et l'appareil mobile de façon à ce que l'appareil mobile supporte aussi peu que possible le poids du moyen de liaison. La base-support peut être capable de prendre en compte une information extérieure, telle qu'une étiquette collée au niveau de l'emplacement de la base-support, pour limiter le déroulement maximal du cordon ombilical. Ceci ajoute un niveau de sécurité supplémentaire, car l'appareil mobile ne peut alors être déplacé dans une zone hors de la zone délimitée par le déroulement maximal du cordon.

Selon un mode de réalisation particulier, la base-support comporte des moyens motorisés pour se déplacer afin de déposer l'appareil mobile à un endroit prédéterminé sur la surface de travail et le récupérer. De préférence, la base-support est équipée d'un ou plusieurs crochets fixés sur le côté faisant face à la surface de travail sur lesquels peut s'accrocher l'appareil mobile par son côté opposé aux moyens d'accrochage. L'accrochage automatique de l'appareil mobile sur la surface de travail se fait par le déploiement des moyens d'accrochage sur la surface de travail, permettant à l'appareil mobile d'avoir un appui afin de se soulever et de sortir du ou des crochets de la base-support. Le décrochage automatique de l'appareil mobile de la surface de travail comporte les étapes suivantes : déplacement de l'appareil mobile jusqu'à une position de retour sur la base-support, extension des moyens de déplacements motorisés pour mettre le bâti en position d'accroché sur le ou les crochets de la base-support, accrochage de l'appareil mobile sur les crochets de la base-support, repli des moyens d'accrochage.

Les opérations d'accrochage et de décrochage de l'appareil mobile peuvent également être réalisées manuellement par un opérateur.

De préférence, l'appareil mobile comporte un détecteur inertiel adapté pour déterminer l'accélération de l'appareil mobile et, avantageusement, comporte également des éléments de protection logés dans le bâti adaptés pour protéger l'appareil mobile en cas de contact non souhaité avec une surface extérieure. Le détecteur inertiel peut notamment être utilisé afin de détecter une éventuelle chute de l'appareil mobile. Si une chute est détectée, l'appareil mobile peut se mettre en une position de sécurité, telle que seules les parties de l'appareil mobile protégées par des éléments de protection peuvent entrer en contact avec une surface extérieure. L'appareil mobile peut également intégrer un parachute pouvant se déclencher en cas de chute, notamment si la base-support se trouve en-dessous de l'appareil mobile au moment de la chute.

L'invention concerne également un procédé de nettoyage d'une surface vitrée de bâtiment mis en œuvre par un robot autonome tel que décrit précédemment, comportant les étapes suivantes :

a/ installation de la base-support au pied de la surface à nettoyer ou en hauteur, notamment sur une ligne de vie intégrée au bâtiment ou sur une nacelle intégrée au bâtiment ;

b/ accrochage de l'appareil mobile sur la surface vitrée;

cl déplacement de l'appareil mobile jusqu'à une première zone à nettoyer contenue dans la zone délimitée par les moyens d'accrochage ; d/ pulvérisation de liquide de nettoyage sur la première zone à nettoyer ou sur une éponge, en tant que l'un des outils de travail;

e/ mise en position de travail de l'éponge ;

f/ passage de l'éponge sur la première zone à nettoyer selon des mouvements oscillants;

g/ mise en position de travail d'une raclette, en tant qu'un autre des outils de travail;

h/ passage de la raclette sur la première zone à nettoyer selon un mouvement continu et uniforme;

hl/ le cas échéant, si le robot comporte un outil d'aspiration, mise en position de travail de l'outil d'aspiration et aspiration du liquide résiduel issu du passage de la raclette;

il déplacement du corps mobile jusqu'à une deuxième zone à nettoyer suivante; j/ répétition des étapes cl à il jusqu'au nettoyage complet de la surface vitrée et ce que le robot soit ramené dans sa position initiale d'accrochage ;

kl décrochage de l'appareil mobile de la surface vitrée.

La base-support n'est pas prévue pour se déplacer lorsque l'appareil mobile est en opération sur la surface de travail : elle ne se déplace que lorsque l'appareil mobile est accroché à elle.

Description détaillée

D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :

- la figure 1 est une vue schématique en perspective de la partie appareil mobile d'un exemple de robot autonome selon l'invention ;

- la figure 2 est une vue schématique du dessous de l'appareil mobile selon la figure 1 ;

- la figure 3 est une vue schématique de l'ensemble constitué de l'appareil mobile et de la base-support en opération ;

- la figure 4 est une vue schématique du dessous de l'appareil mobile lors d'une opération de nettoyage ; - la figure 5 est une vue schématique de l'appareil mobile en phase d'accrochage à la base-support ;

- la figure 6 est une vue schématique des crochets d'accrochage de la base- support sur lesquels vient s'accrocher l'appareil mobile ;

- la figure 7 est une vue schématique du mécanisme de changement d'outil ;

- la figure 8 est une vue schématique du mécanisme de changement d'outil représenté dans une position différente de celle de la figure précédente.

On a représenté en figures 1 à 8 un appareil mobile 1 et une base-support 5 d'un robot autonome selon l'invention, destiné à réaliser un travail sur une surface, en particulier une surface vitrée verticale.

L'appareil mobile 1 comporte un bâti 11 qui supporte des moyens de déplacement motorisés 2, un bras de travail 3 ainsi qu'un cordon ombilical 4.

Selon le mode de réalisation illustré en figures 1 et 2, les moyens de déplacement 2 consistent en quatre bras comprenant chacun deux segments 21, 22 articulés entre eux par des liaisons tournantes selon un axe sensiblement perpendiculaire à la surface de travail. Le segment 21, qui constitue le segment menant, est articulé au bâti 11 par une liaison tournante. Le fait d'avoir quatre bras de déplacement permet de s'assurer que l'appareil mobile puisse être en permanence accroché à la surface de travail par trois points d'appui.

A l'extrémité de chaque segment de bras 22 est fixé un moyen d'accrochage

23, de préférence constitué par une ventouse. Ces ventouses ont pour fonction de maintenir l'appareil mobile sur une surface de travail. Chacune des ventouses 23, installée au bout d'un axe motorisé tel qu'une tige filetée ou un vérin, peut être rétractée par la rétractation de l'axe motorisé. Cette caractéristique permet notamment à l'appareil mobile de passer des obstacles de hauteur modérée.

Les bras articulés 2 peuvent être bloqués mécaniquement en position, afin de permettre à l'appareil mobile de garder une position fixe sans consommer d'énergie.

Le bâti 11 comporte également, du côté des ventouses 23, un bras de travail 3. Ce dernier est capable de supporter un porte-outil 32 avec un outil unique, comme une raclette 31 représentée en figures 1 et 2, ou un porte-outil 32 avec plusieurs outils comme représenté en figures 6 et 7, pouvant supporter une multitude d'outils, tels qu'une éponge 36 et une raclette 31. Parmi d'autres outils envisageables figurent un aspirateur de fluides, une caméra, un outil de dépôt de matière...

De préférence, le bras de travail 3 est monté pivotant autour du centre du bâti, afin de limiter et d'équilibrer les efforts induits sur les ventouses par la mise en pression de l'outil sur la surface de travail.

En outre, le bras de travail 3 est agencé de sorte qu'il puisse porter et déplacer un outil en suivant un mouvement continu couvrant l'intégralité d'une zone située entre les ventouses, tout en maintenant l'outil 31 avec pression contre la surface de travail. On optimise ainsi le temps de travail, car pour une position figée de l'appareil mobile, la zone de travail est maximisée.

Comme représenté en figure 2, le bras de travail 3 peut être constitué de deux segments articulés entre eux selon un axe sensiblement perpendiculaire à la surface de travail, le segment libre portant l'outil 31.

La mise en pression de l'outil 31 en position de travail sur la surface de travail est réalisée par le biais de la rétractation simultanée de l'ensemble des ventouses sous l'effet de la rétractation de leurs axes motorisés. Ainsi, cette rétractation amène le bâti 1 1 à s'approcher de la surface de travail et ainsi à mettre l'outil 31 en contact avec pression contre la surface. De façon similaire, la mise hors contact de la surface de travail est réalisée par Péloignement du bâti de la surface par le déploiement des axes motorisés des ventouses.

On a représenté en figure 3 l'ensemble constitué de la base-support 5 et de l'appareil mobile 1 reliés par le cordon 4, en configuration de travail de l'appareil mobile nettoyant une surface vitrée comportant des parcloses 7. La base-support 5 peut comprendre avantageusement un enrouleur automatique 51 du cordon 4. Comme illustré, la base-support 5 est accrochée à un rail-support, usuellement appelé ligne de vie 52.

La figure 4 illustre une position particulière de l'appareil mobile 1. Comme cela ressort, la constitution et l'agencement des bras permet à l'appareil mobile 1 de nettoyer l'intégralité de la surface vitrée, y compris les coins formés par les parcloses 7.

La figure 5 représente l'appareil mobile 1 illustré précédemment en phase d'accrochage sur la base-support 5. La figure 6 représente une vue du côté de la base-support faisant face à l'appareil mobile lors de la phase d'accrochage ou de décrochage de ce dernier. Les crochets d'accrochage 53 permettent à l'appareil mobile de s'accrocher à la base-support 5.

En figure 7, le mécanisme de changement d'outil du porte-outil 32 est détaillé. Le porte-outil est porté au bout du bras 3 et supporte deux outils, une éponge 36 et une raclette 31. Sur cette figure 6, l'éponge 36 est en position de travail, c'est-à-dire en contact avec la surface de travail. Le porte-outil comporte une pièce 33 de support des outils dotée d'un embout hexagonal. Un élément rétractable 34 est fixé au bâti 11 et peut y être rétracté à l'intérieur. Cet élément rétractable 34 comporte une douille 35 de forme complémentaire à l'embout hexagonal de la pièce de support 33.

Le changement d'outil du porte-outil se fait ainsi de la manière suivante :

- l'élément rétractable 34 est déployé hors du bâti 11,

- le bras de travail 3 vient alors se positionner de manière à introduire l'embout hexagonal 33 dans la douille 35,

- un moteur porté par l'élément rétractable 34 fait pivoter la douille 35, ce qui permet de faire pivoter la pièce de support 33 et par là de changer l'outil en position de travail.

La figure 8 représente le mécanisme de changement d'outil lorsque l'embout de la pièce de support 33 est introduit dans la douille 35.

L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.

D'autres variantes et avantages de l'invention peuvent être réalisés sans pour autant sortir du cadre de l'invention.

En particulier, le porte-outil n'est pas nécessairement porté par un bras de travail. Il peut être envisagé que le porte-outil soit installé sur une table croisée ou sur tout autre mécanisme permettant le placement et l'orientation d'un outil sur toute la surface de travail.